Esperimento LUNA

 

Le reazioni nucleari che generano l’energia e producono gli elementi avvengono all’interno delle stelle in una finestra di energia molto stretta, molto al di sotto dell’energia di repusione coulombiana tra i nuclei. In questa regione la sezione d’urto decresce in modo esponenziale al calare dell’energia. Il suo valore estremamente piccolo ne ha sempre impedito la misura diretta in un laboratorio di superficie, dove gli eventi di fondo, prodotti dalle interazioni dei raggi cosmici, sono di gran lunga dominanti. 

Per iniziare a misurare in questa regione inesplorata dell’astrofisica nucleare abbiamo installato due acceleratori, da 50kV e 400kV, nel laboratorio sotterraneo del Gran Sasso. Le caratteristiche qualificanti di ambedue gli acceleratori sono la corrente di fascio molto alta e la dispersione in energia molto stretta. Abbiamo sviluppato sia bersagli gassosi a pompaggio differenziale che bersagli solidi di grande purezza, mentre i rivelatori tipici sono silici, germani ultra-puri e un grande BGO segmentato. 

I risultati piu’ importanti che abbiamo ottenuto sono le sole misure esistenti di sezioni d’urto all’energia della nucleosintesi nel Sole: ³He(³He,2p)⁴He e d(p,γ)³He . La prima reazione e` fondamentale nel ciclo di fusione pp, con effetti sul flusso di neutrini solari, mentre la seconda governa la vita delle proto-stelle, cioe` le stelle in cui non si e` ancora accesa la fusione dell’idrogeno. 

Con questi risultati LUNA ha dimostrato che, misurando in un laboratorio sotterraneo con le tecniche tipiche degli esperimenti a bassissimo fondo, e` davvero possible misurare le sezioni d’urto di fusione all’energia alla quale questi processi avvengono nelle stelle. 

Ora stiamo misurando ¹⁴N(p,γ)¹⁵O, che, essendo la reazione piu` lenta del ciclo CNO, e` quella essenziale sia per calcolare il flusso dei neutrini CNO dal Sole che per determinare l’eta` degli ammassi globulari, le piu` antiche popolazioni stellari della Galassia. 

I risultati che gia` abbiamo ottenuto sino all’energia di 140 keV hanno permesso di ottenere una sezione d’urto inferiore di circa un fattore 2 rispetto ai valori usati nei modelli stellari. Conseguenza di tale risultato sono la riduzione di un fattore 2 nel flusso previsto di neutrini CNO dal Sole e l’aumento di circa 1 miliardo di anni dell’eta` della Galassia.